Обнаружен протопланетный диск, образующий планету

Используя данные ALMA и теоретические модели, группа исследователей определила массу и температуру протопланетного диска вокруг звезды GM Aurigae. По их мнению, этот диск из газа и пыли является потенциальной "фабрикой планет", которая только начала свое производство. Это дает возможность внимательно изучить рождение и свойства планетной системы.

Группе астрономов под руководством Камбера Шварца из Университета Аризоны удалось рассмотреть протопланетный диск, формирующий планеты вокруг молодой звезды GM Aurigae, расположенной на расстоянии чуть более 500 световых лет от нас. Открытие основано на наблюдениях радиотелескопа ALMA (Atacama Large Millimiter/submillimiter Array) и космической обсерватории ЕКА "Гершель". Полученные данные позволяют предположить, что внутренняя область диска GM Aurigae начала разрушаться, образуя гигантскую газообразную планету.

Радиотелескоп ALMA работает в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн. Это позволяет ему обнаруживать молекулы и более сложные структуры, образованные ими. В случае протопланетного диска большая часть массы состоит из молекул водорода, H2. Их нелегко обнаружить, поскольку при низких температурах протопланетный диск практически не испускает никакого излучения. Чтобы найти их, можно использовать молекулы-индикаторы, которые обычно встречаются в компании H2.

Для справки, исследователи используют необычную молекулу в качестве индикатора: HD, дейтерид водорода. Эта молекула состоит из одного атома водорода и одного атома дейтерия (или тяжелого водорода с протоном, а также нейтроном в ядре). HD может быть обнаружен в дальнем инфракрасном диапазоне, а для диска вокруг GM Aurigae космическая обсерватория Гершеля уже наблюдала HD-излучение.

Однако это излучение также зависит от температуры, которая должна быть восстановлена ​​в различных частях диска, чтобы затем можно было оценить изменение и, следовательно, соответствующие молекулярные линии HD.

Физическая модель протопланетного диска, которую использовали Шварц и его коллеги, достаточно детализирована, чтобы воспроизвести распределение газа и пыли вокруг звезды, а также изменения температуры. Чтобы модель хорошо соответствовала наблюдениям, исследователи изменили различные параметры, такие как распределение углекислого газа или температурную шкалу. Благодаря окончательному согласованию данных и моделирования, Шварц и его коллеги смогли оценить:

• масса протопланетного диска 0,2 солнечных масс, что намного больше, чем ожидалось;
• температура диска, которая особенно низкая, настолько, что 32% из них на 20 градусов холоднее.

Планета в процессе формирования!

Используя все эти соображения, исследователи показали, что на определенном расстоянии от центральной звезды, в 70–100 раз превышающем расстояние Земля-Солнце, диск кажется близким к нестабильности. Эта область привлекает внимание при наблюдениях, которые показывают выбросы пыли в виде светового кольца. Эта область, которая должна позволить зародиться планете, может пострадать от коллапса из-за более низкой температуры и наличия большого количества пыли (той же, что защищает диск от излучения). Наиболее вероятным продуктом этого производства станет будущая планета-газовый гигант.

К сожалению, модель, хотя и очень хорошая, не позволяет детально смоделировать движение газа и коллапс одной из областей диска. Поэтому Шварц и его коллеги планируют более детально изучить этот регион, используя данные MAPS. Основываясь на свойствах электромагнитных спектров, исследователи смогут реконструировать скорость газа в протопланетном диске и таким образом смогут с большей уверенностью утверждать, что там находится формирующаяся планета.

Исследование Шварца и его сотрудников является частью программы MAPS (Молекулы с ALMA в масштабах формирования планет). С исследованием, опубликованным для серии дополнений к журналу Astrophysics Journal, можно ознакомиться здесь.